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基于格子Boltzmann方法的液滴沿固壁铺展动态过程模拟

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物理学报 2013年第23期62卷 248-254页

作者：刘邱祖寇子明韩振南高贵军太原理工大学机械工程学院太原030024 山西省矿山流体控制工程技术研究中心太原030024

矿井喷雾降尘是利用水雾使粉尘润湿沉降的过程,考虑到固体与液体间分子作用力,本文采用格子Boltzmann方法对液滴沿固壁铺展的动力学行为进行了数值模拟,结果发现铺展直径及动态接触角随时间呈指数规律,确定了液滴表面张力与铺展最大直... 详细信息

矿井喷雾降尘是利用水雾使粉尘润湿沉降的过程,考虑到固体与液体间分子作用力,本文采用格子Boltzmann方法对液滴沿固壁铺展的动力学行为进行了数值模拟,结果发现铺展直径及动态接触角随时间呈指数规律,确定了液滴表面张力与铺展最大直径间的关系,固壁润湿性对铺展最大速度值影响较大,这些与物理试验及文献结果符合良好.进一步考察了疏水性强的固壁,发现当液滴表面张力足够小时,铺展接触角可以在90以下,与理论公式符合.研究发现铺展过程中伴随着振荡,且铺展到最大时液膜有回缩趋势.

关键词：液滴格子Boltzmann方法铺展数值模拟

下运带式输送机液压调速软制动器特性分析及试验研究

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煤炭学报 2013年第9期38卷 1697-1702页

作者：李军霞寇子明俞晶太原理工大学机械工程学院山西太原030024 山西省矿山流体控制工程技术研究中心山西太原030024

根据煤矿下运带式输送机的特性,研究了一种能够解决下运带式输送机安全制动的液压调速软制动器,分析了该制动系统的特性和工作机理,设计了该制动系统的动态测试试验系统,进行了下运带式输送机在正常制动、超速保护制动、低速制动、突然... 详细信息

根据煤矿下运带式输送机的特性,研究了一种能够解决下运带式输送机安全制动的液压调速软制动器,分析了该制动系统的特性和工作机理,设计了该制动系统的动态测试试验系统,进行了下运带式输送机在正常制动、超速保护制动、低速制动、突然停电制动及频繁制动等工况下的模拟试验。由试验结果可知,基于恒减速、高压力、无摩擦副的液压调速软制动器既实现了下运带式输送机的无摩擦安全制动,也可保持制动过程中制动减速度的基本恒定,降低了制动过程对输送机的冲击力,提高了设备的使用寿命;同时,液压调速软制动器在非制动工况下的近似零阻尼回路,极大地降低了系统在非制动工况下的发热量,确保液压调速软制动器的可靠应用。

关键词：液压调速安全制动恒减速度零阻尼动态测试下运带式输送机

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矩形线圈钢丝绳捻距涡流检测研究

机械工程学报 2020年第12期56卷 34-41页

作者：李军霞李聪豪焦少妮李腾宇寇子明太原理工大学机械运载与工程学院太原030024 山西省矿山流体控制工程技术研究中心太原030024 矿山流体控制国家地方联合工程实验室太原030024

捻距不均匀会造成钢丝绳提前报废,对捻距进行检测可以为其生产工艺的改进提供设计依据,提升钢丝绳的安全使用性能。针对传统捻距检测无法对运动中钢丝绳进行实时检测,机器视觉检测对外界光照和钢丝绳表面清洁度要求高等问题,提出用涡流... 详细信息

捻距不均匀会造成钢丝绳提前报废,对捻距进行检测可以为其生产工艺的改进提供设计依据,提升钢丝绳的安全使用性能。针对传统捻距检测无法对运动中钢丝绳进行实时检测,机器视觉检测对外界光照和钢丝绳表面清洁度要求高等问题,提出用涡流法对钢丝绳捻距进行检测。为扩大细长钢丝绳结构表面磁场的覆盖面积,利用矩形线圈组成的差分电桥进行检测。对钢丝绳捻距双矩形差分电桥涡流检测进行有限元分析,差分电压实部变化曲线中相邻波峰或者波谷的间距为钢丝绳的股间隙,一个捻距扫描范围内出现的波峰和波谷数量与钢丝绳的股数相对应。矩形线圈上、下边电流元感应的涡流会在钢丝绳表面对消,对消效应越小,钢丝绳捻距检测灵敏度越高。为提取试验中的有用信号,利用集合经验模态分解对扫描信号进行后处理。当相关系数较大时,相邻波峰或波谷的间距为钢丝绳捻距。当相关系数较小时,一个捻距内的波峰或波谷数与有限元分析结果吻合。涡流法得到的捻距与理论捻距的最大相对误差为2.38%。

关键词：捻距矩形线圈涡流检测有限元法后处理

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下运带式输送机复合制动系统仿真及试验研究

煤炭学报 2015年第S2期40卷 553-559页

作者：李军霞寇子明太原理工大学机械工程学院山西太原030024 山西省矿山流体控制工程技术研究中心山西太原030024

针对现有各制动技术在单独作用时出现的一些缺限,致使其无法解决下运带式输送机由于输送物料愈发具有随机性、非线性和时变性等特点而带来的制动难题,提出由液压软制动器和液压瞬时盘式制动器组成的下运带式输送机恒减速复合安全制动系... 详细信息

针对现有各制动技术在单独作用时出现的一些缺限,致使其无法解决下运带式输送机由于输送物料愈发具有随机性、非线性和时变性等特点而带来的制动难题,提出由液压软制动器和液压瞬时盘式制动器组成的下运带式输送机恒减速复合安全制动系统,使其可以满足现有下运带式输送机制动要求,并且能在载荷实时变化下都能实现恒减速安全制动;在阐述两种制动器各自工作原理及实际使用过程中存在的缺点后,建立和分析了两制动器工作时的数学模型,并由此建立复合制动系统工作时的数学模型和仿真模型,对复合制动系统制动性能进行了仿真分析,完成了复合制动系统制动性能的试验研究。研究结果表明:复合制动系统能充分发挥和结合两种制动器的制动优点和特性,弥补了两种制动器单独使用过程中存在的缺点,实现了下运带式输送机在载荷实时变化下的恒减速度安全制动,避免了下运带式输送机安全事故的发生。

关键词：带式输送机液压软制动器液压瞬时盘式制动器恒减速复合安全制动系统

AZ80A、ZK60A和ME20M镁合金干摩擦学性能研究

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材料导报 2021年第10期35卷 10103-10108页

作者：崔功军师睿博李赛刘慧强寇子明太原理工大学机械与运载工程学院太原030024 矿山流体控制国家地方联合工程实验室太原030024 山西省矿山流体控制工程技术研究中心太原030024

镁合金被广泛应用于航空航天、汽车及军事等领域,但其摩擦学性能对零部件的服役寿命和可靠性具有重大影响。本研究采用往复式球-盘摩擦方式,通过与GCr15钢球配副,研究干摩擦条件下AZ80A、ZK60A和ME20M镁合金在不同滑动速度和载荷条件下... 详细信息

镁合金被广泛应用于航空航天、汽车及军事等领域,但其摩擦学性能对零部件的服役寿命和可靠性具有重大影响。本研究采用往复式球-盘摩擦方式,通过与GCr15钢球配副,研究干摩擦条件下AZ80A、ZK60A和ME20M镁合金在不同滑动速度和载荷条件下的摩擦磨损行为。采用扫描电子显微镜和能谱仪分析镁合金的显微结构及磨损机理。结果表明:当滑动速度超过0.10 m/s时,随着速度的增加,合金的摩擦系数逐渐降低,而磨损率则先减小后增大,其原因在于摩擦热的作用导致摩擦表面形成了氧化物,同时材料表面软化,剪切力降低,使摩擦系数和磨损率不断减小;当滑动速度增加到0.20 m/s时,摩擦表面温度升高,金属软化导致磨损表面金属氧化物剥落,增大了合金的磨损率。随着载荷的增加,合金的摩擦系数和磨损率持续降低。干摩擦条件下镁合金的磨损机理逐渐由磨粒磨损和塑性变形转变为磨粒磨损、氧化磨损、粘着磨损和塑性变形。与ZK60A和ME20M相比,AZ80A镁合金表现出较好的摩擦学性能,这归因于合金的高硬度、β-Mg_(17)Al_(12)硬质相的支撑作用以及摩擦过程中形成的氧化物。

关键词：镁合金干滑动摩擦磨损

基于DEM的新型叠振筛参数对煤泥筛分的影响

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煤炭学报 2023年第S1期48卷 392-400页

作者：张珂高贵军段祯王彦杜靖永太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 矿山流体控制国家地方联合工程实验室山西太原030024 山西省矿山流体控制工程技术研究中心山西太原030024

煤泥颗粒黏度高是筛分过程中易糊筛的重要原因之一,通过改变传统直线振动筛的结构可以更好地避免糊筛。针对煤泥黏度大、易糊筛的特点,提出了可以防止糊筛的新型叠振筛,并设计动、静筛条交错排列、相对运动的叠振筛结构;对卡在筛缝中的... 详细信息

煤泥颗粒黏度高是筛分过程中易糊筛的重要原因之一,通过改变传统直线振动筛的结构可以更好地避免糊筛。针对煤泥黏度大、易糊筛的特点,提出了可以防止糊筛的新型叠振筛,并设计动、静筛条交错排列、相对运动的叠振筛结构;对卡在筛缝中的颗粒与黏结成坨块的煤泥在叠振筛与普通直线振动筛上的筛分过程进行受力分析与对比,研究了叠振筛的防糊筛原理;建立了三维仿真模型,并运用离散元软件模拟煤泥颗粒在叠振筛上的筛分过程。为提高叠振筛的筛分效果,基于DEM并利用Hertz-Mindlin with JKR黏结模型分析了振动参数(筛面负倾角、振动方向角、振幅、振动频率)对煤泥筛分效率和筛下物分布比例的影响。研究结果表明:筛面倾角在-1°~-5°,筛分效率随着筛面负倾角的增大先提高后降低,当筛面倾角为-4°,筛分效率最高;振动方向角在35°~55°,筛分效率随振动方向角的增大逐渐增大,但55°的筛分效率较50°提升并不明显;振幅在1.5~3.5 mm,筛分效率随振幅的增大逐渐增大,3.5 mm的筛分效率较3 mm提升并不明显,但会较大幅度提高振动强度;振动频率在14~24 Hz,筛分效率随振动频率的增大先提高后降低,当22 Hz时筛分效率达到最大,22 Hz下的筛分效率较20 Hz提升并不明显,但会较大幅度提高振动强度;筛面负倾角、振动方向角、振幅、振动频率的提升都会使筛面上煤泥层变厚;大多数情况下筛下的细小煤泥颗粒分布比例随筛面方向逐渐减小;筛面负倾角和振动方向角的改变对筛分效率影响较小,振幅和振动频率的改变对筛分效率影响更大。

关键词：叠振筛糊筛煤泥筛分 DEM 筛分效率

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超千米深井提升机可视化监测系统应用

煤炭学报 2020年第S2期45卷 1069-1078页

作者：李腾宇寇子明吴娟王彦栋寇彦飞太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 山西省矿山流体控制工程技术研究中心山西太原030024 矿山流体控制国家地方联合工程试验室山西太原030024 中北大学机械学院山西太原030051

针对超千米深井摩擦式提升系统高速、重载运行下的安全监测问题,提出以关键承载部件为监测对象的深井提升机可视化监测系统。从提升系统组成结构、工作机理出发,确定以轴承、钢丝绳、天轮为监测对象,设计了模块化结构的可视化监测方案... 详细信息

针对超千米深井摩擦式提升系统高速、重载运行下的安全监测问题,提出以关键承载部件为监测对象的深井提升机可视化监测系统。从提升系统组成结构、工作机理出发,确定以轴承、钢丝绳、天轮为监测对象,设计了模块化结构的可视化监测方案。基于最小熵反褶积(Minimum Entropy Deconvolution,MED)结合总体平均经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)的方法对轴承振动信号分解,采用相关系数和样本熵确定有效分量并从其中提取故障微弱特征信号,在此基础上以在线-离线诊断方式实现轴承故障实时在线识别。设计基于机器视觉的钢丝绳摆动和天轮偏摆监测方案,通过摄像头位置布置提高监测对象与背景对比度,利用图像边缘识别算法实现图像数据的处理。通过采集张力平衡装置油压对张力进行监测,利用动力供电装置对提升容器上张力监测设备供电,完成系统软件设计和硬件平台搭建,并进行模拟试验验证关键技术的可行性。轴承故障模拟试验结果表明采用相关系数和样本熵可对EEMD分解信号中的有效分量进行提取,得到对应的轴承故障频率。钢丝绳摆动模拟试验结果表明图像边缘检测算法可检测到钢丝绳位移,与传感器检测结果相比位移最大差值为0.76 mm。最后进行现场示范,结果表明该监测系统可有效获取监测设备状态参数,实现对超千米深井提升系统的可视化监测和故障识别,有利于保障其稳定安全运行。

关键词：千米深井摩擦式提升机监测系统机器视觉信号处理

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履带牵引式换带装置液压系统动态特性研究

工程设计学报 2018年第4期25卷 488-494页

作者：王松岩李超宇徐浩太原理工大学机械工程学院山西太原030024 山西省矿山流体控制工程技术研究中心山西太原030024

履带牵引式换带装置是一种矿井带式输送机胶带更换装置,为了解其液压系统的动态特性,应用Automation Studio软件对换带装置液压系统进行建模与仿真。在换带装置拉带速度仿真分析中,获得了在30,35,40,45,50mL/r排量下液压马达的输入流量... 详细信息

履带牵引式换带装置是一种矿井带式输送机胶带更换装置,为了解其液压系统的动态特性,应用Automation Studio软件对换带装置液压系统进行建模与仿真。在换带装置拉带速度仿真分析中,获得了在30,35,40,45,50mL/r排量下液压马达的输入流量、转速仿真曲线以及履带底盘的拉带速度。通过对换带装置夹带速度的仿真,说明其液压缸夹紧与松开的时间差异并分析其原因。防溜带机构夹带速度的仿真表明该机构可在0.2s内夹紧胶带。工业性试验中通过PLC(programmable logic controller,可编程逻辑控制器)采集现场液压系统压力并和仿真压力对比分析。夹带恒压自适应调节保证了在胶带厚度变化的情况下系统压力仍然能保持稳定。自动锁带油缸压力迅速变化确保了胶带更换作业安全进行。结果表明该装置系统响应速度较快,性能稳定,为履带牵引式换带装置的动力和安全性能提供了保障。

关键词：履带牵引胶带更换恒压调节液压系统 Automation Studio

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扁平线圈钢丝绳捻距涡流响应分析及试验研究

机械工程学报 2020年第16期56卷 13-21页

作者：李腾宇寇子明吴娟焦少妮毛清华太原理工大学机械运载与工程学院太原030024 山西省矿山流体控制工程技术研究中心太原030024 矿山流体控制国家地方联合工程实验室太原030024 西安科技大学机械工程学院西安710054

捻距作为钢丝绳重要参数之一,对其进行检测可间接反映钢丝绳受力状态和表面损伤状态。针对现有图像识别方法受限于外界光照及钢丝绳表面附着物覆盖情况、漏磁法需要磁化钢丝绳等问题,提出采用双扁平线圈差分电桥的钢丝绳捻距涡流检测方... 详细信息

捻距作为钢丝绳重要参数之一,对其进行检测可间接反映钢丝绳受力状态和表面损伤状态。针对现有图像识别方法受限于外界光照及钢丝绳表面附着物覆盖情况、漏磁法需要磁化钢丝绳等问题,提出采用双扁平线圈差分电桥的钢丝绳捻距涡流检测方法。结合Ar,V-Ar表述建立钢丝绳涡流响应分析控制方程,对单绳股涡流分布进行分析。探头正下方绳股表面涡流形成漩涡,绳股两侧曲面上涡流分布存在对称性。对扁平线圈的中径进行优化设计,当中径小于等于股间隙时,捻距检测精度高且检测灵敏度高,然后搭建试验平台进行捻距检测。试验结果与仿真均表明扫描信号中相邻波峰或者相邻波谷的间距为股间隙,一个捻距范围内扫描信号出现的波峰或者波谷数量与钢丝绳绳股数目相关。利用集合经验模态分解方法对试验结果进行后处理可以有效提取有用信号,涡流法得到钢丝绳捻距的相对误差不超过0.13%。

关键词：钢丝绳捻距涡流检测差分电桥有限元分析